Materiales polimericos

1. 1
MATERIALES
POLIMÉRICOS

2. POLÍMERO
2
Los polímeros son macromoléculas
(generalmente orgánicas) formadas por la unión
de moléculas más pequeñas llamadas
monómero.

3. CLASIFICACIÓN
Existen varias formas posibles de
clasificar los polímeros:
1. Según su origen.
2. Según su mecanismo de
polimerización.
3. Según su composición química.
ME477 Lecture 06 3

4. ME477 Lecture 06 4
Propiedades de los Polímeros
fundidos
• Para formar un polímero termoplástico se
debe calentar hasta que tome una
consistencia líquida, a esto se llama polímero
fundido.
• Propiedades Importantes:
– Viscosidad
– Viscoelasticidad

5. ME477 Lecture 06 5
Tipos de plásticos
1. Termoplásticos
– No experimentan cambio en su estructura durante el
calentamiento o enfriamiento, por lo que se pueden dar
forma o cambiarlas en todo momento
– Representan el 90% de la producción de plásticos
2. Termofijos
– Durante el enfriamiento se produce un cambio químico
(curado) encadenamiento transversal lo que impide su
cambio de forma una vez curado y enfriado.

6. ME477 Lecture 06 6
Conformado de plásticos
• Propiedades de los polimeros fundidos
• Extrusion y procesos relativos
• Proceso de moldeado
• Fundición
• Polimeros
• Consideraciones de diseño

7. ME477 Lecture 06 7
Dado de extrusión
Notese que el material al salir del dado “recuerda” su
forma anterior y trata de expandirse despues de salir
del dado.
Figura 13.3 - Dilatación en el dado, una manifestación de la
viscoelasticidad en polímeros fundidos, como se muestra al salir del
dado de extrusión

8. ME477 Lecture 06 8
Extrusión
Compresión del material para hacerlo salir por un dado
que le da la forma, es pun proceso continuo.
• Se usa para termoplásticos y elastómeros, para
producir tubos, ductos, perfiles estructurales,
mangueras, láminas y películas, recubrimientos de
cables eléctricos.
• Es un proceso continuo, se corta a las medidas
deseadas o estandarizadas.

9. ME477 Lecture 06 9
Figura 13.4 - Componentes y características de un extrusor de
tornillo único para procesar plásticos y elastomeros

10. ME477 Lecture 06 10
Analisis de la extrusión
Cilindro Paso
Tornillo
D
dc
Wc Wf Paleta Canal
Dirección del
flujo de la
fusión

11. ME477 Lecture 06 11
Configuracion de los dados
• Las secciones transversales regulares son:
– Redondas
– cuadradas
• Formas Irregulares
– Perfiles estructurales
– Molduras para puertas y ventanas
– Accesorios automotrices
– Planchas domésticas

12. ME477 Lecture 06 12
Figura 13.8 - (a) Vista lateral de la sección de un dado extrusor;
(b)vista frontal con el perfil de la extrusión, notese la diferencia
de diametro obtenida

13. ME477 Lecture 06 13
Figura 13.10 - Dado para formar secciones huecas, como ductos y
tubos, la sección A-A, muestra como se sujeta el mandril en su
lugar. La sección B-B muestra la sección tubular antes de salir
del dado

14. ME477 Lecture 06 14
Recubrimientos de alambres y
cables
• La fusión de polímero se aplica al alambre desnudo,
mientras pasa a alta velocidad a través del dado. Se
aplica un ligero vacío entre el alambre y el polímero
para propiciar la adición del recubrimiento.
• El alambre es suficientemente rígido durante el
enfriamiento que se hace pasar por un depósito de
agua.
• El alambre se enrrolla en carretes a velocidades 50
m/s (10,000 ft/min)

15. ME477 Lecture 06 15
Figura 13.11 - Vista lateral de corte de un dado de extrusión para
cables electricos

16. ME477 Lecture 06 16
LAMINAS Y PELICULAS
• Láminas
– Espesores de 0.5 mm (0.020 in.) hasta 12.5 mm (0.5 in.)
– Productos tales como micas gruesas y cubiertas de
ventanas. También como productos para darle formas
posterior.
• Películas
– Espesores por debajo de 0.5 mm (0.020 in.)
– Productos como bolsas, material de empaque, etc.
– Espesores mayores se emplean para cubiertas y
revestimientos.

17. ME477 Lecture 06 17
Materiales utilizados
• Todos los polímeros termoplásticos
– Polietileno, de baja densidad
– Polipropileno
– Cloruro de polivinilo
– Celulosa regenerada (celofan)

18. ME477 Lecture 06 18
Producción de láminas y películas
• Todas las operaciones son procesos continuos de
alta producción
• Procesos:
– Extrusión de láminas con dado de rendija
– Extrusión de película soplada
– Calandrado

19. ME477 Lecture 06 19
Extrusión de láminas con dado de
rendija
El dado tiene una abertura delgada o rendija
• Puede tener hasta 3 m (10 ft) de ancho y espesor de
0.4 mm (0.015 in)
• Uno de los problemas de este proceso es la
uniformidad del espesor.
• Por lo general se recorta los extremos

20. ME477 Lecture 06 20
Figura 13.14 - Configuración para la extrusión de
láminas y películas.

21. ME477 Lecture 06 21
Proceso de extrusión de lámina
soplada
Combina la extrusión y el soplado
• Se extruye un tubo que se estira e infla con aire con
un mandril
• La presión de aire tiene que ser constante para
mantener el espesor de la película.

22. ME477 Lecture 06 22
Figur 13.16 -
Proceso de soplado
de película delgada
para alta
producción

23. ME477 Lecture 06 23
Calandrado
Proceso para producir películas y hojas de hule.
• Alta producción
• Proceso de alta calidad y exactitud
• Materiales típicos: Hule, materiales ahulados, PVC
plastificado.
• Productos: Cubiertas de PVC, pisos, cortinas de
baño, cubiertas de piscinas, botes inflables y
juguetes.

24. ME477 Lecture 06 24
Figur 13.17 - Una tipica configuración de rodillos en
calandrado.

25. ME477 Lecture 06 25
Moldeo por inyección
El proceso consiste en calentar un polímero hasta una temperatura
en que el material esta altamente plástico y es forzado a fluir a
presión hasta ocupar todo el espacio del molde.
• Los productos son piezas discretas de formas establecidas
• El tiempo de ciclo esta entre 10 to 30 sec., hay ciclos que
estan en un minuto o mas.
• El molde puede tener multiples cavidades para producir varias
piezas a la vez.

26. ME477 Lecture 06 26
Moldeo por Inyección
• Se puede producir formas intrincadas y complejas
• Limitaciones:
– La formas de los moldes
– Separar la pieza del molde
• Los productos varian de  50 g (2 oz) up to  25 kg ( 50 lb),
ejemplo,parachoques de automoviles.
• Este proceso es económico para largas producciones, ya que
los moldes son costosos.

27. ME477 Lecture 06 27
Materiales usados
• Proceso orientado a la produccion con
termoplasticos
• Para elastomeros y termofijos se tiene que hacer
adaptaciones a la máquina.
• Modificaciones mecánicas y de los parámetros.

28. ME477 Lecture 06 28
Figura 13.21 - Diagrama de una máquina de moldeo por inyección

29. ME477 Lecture 06 29
Figura 13.22 - Ciclo típico del moldeo:
(1) molde cerrado

30. ME477 Lecture 06 30
Figura 13.22 - Ciclo típico del moldeo:
(2) La fusión se inyecta

31. ME477 Lecture 06 31
Figura 13.22 - Ciclo típico del moldeo:
(3) El tornillo se retrae

32. ME477 Lecture 06 32
Figura 13.22 - ciclo típico del moldeo:
(4) El molde se abre y se retira la pieza

33. ME477 Lecture 06 33
Los moldes
• Herramienta especial
• se diseña y fabrica de acuerdo al producto
• Cuando la produccion (el lote) se termina se cambia
de molde
• Varios tipos de moldes:
– De dos placas
– De tres placas
– Molde de alimentación en caliente

34. ME477 Lecture 06 34
Contracción
Durante el enfriamientos los polímeros tienen una contracción
significativa.
• Los polímeros tienen altos coeficientes de expansión térmica
• Valores típicos de contracción:
Plasticos contracción, mm/mm (in/in)
Termoplásticos
ABS 0.006
Nylon-6,6 0.020
Policarbonato 0.007
Polietileno 0.025
Poliestireno 0.004
PVC 0.005
Termofijos
Fenólicos 0.010

35. ME477 Lecture 06 35
Compensación por contracción
• Las dimensiones de los moldes deben ser mayores
para compensar la contracción:
Dc = Dp + DpS + DpS2
Donde Dc = dimensión de la cavidad; Dp = Dimensión de la
parte moldeada y S = valor de la contracción obtenido de la
tabla
• El tercer término corrige la contracción
• ejemplo: La longitud de una parte hecha en
polietileno es 3”. Determine la cavidad del molde
para compensar la contracción:
• Dc= 3 + 3x0.025 + 3x0.0252 = 3.0769 pulg.

36. ME477 Lecture 06 36
Moldeado por soplado
El moldeado por soplado es un proceso que usa aire a
presión para generar formas huecas.
• Botellas, envases, pomos, etc
• Proceso similar al vidrio.

37. ME477 Lecture 06 37
Proceso por soplado
• Se tiene dos etapas:
1. Fabricación de un tubo inicial llamado parison
2. Soplado del tubo a la forma final
3. La formación del Parison puede hacerse por:
– Extrusion ó
– Moldeado por inyección

38. ME477 Lecture 06 38
Figura 13.30 - Moldeado por soplado: (1) extrusion del parison;
(2) parison es cerrado en el molde; (3) El parison es soplado
haciendo que ocupe el espacio del molde, (4) pieza terminada

39. ME477 Lecture 06 39
Figura 13.32 - Moldeo por inyección y soplado: (1) parison se
moldea por inyección y soplado; (2) Se retira el parison y es
colocado en un molde de soplado; (3) Se sopla y se forma el
producto (4) Se abre el molde y se retira el producto

40. ME477 Lecture 06 40
Materiales y productos
• Esta limitado sola a termoplásticos
• Materiales: Polietileno de alta densidad, polipropileno (PP),
Cloruro de polivinilo (PVC), y Tereftalato de polietileno (PET)
• Los productos desechables para envases líquidos de consumo
constituyen la mayor cantidad de productos fabricados por este
método, envases para 55 glns, depósitos de agua de 2000 glns,
tanques para gasolina, cascos para veleros, botes, etc.

41. ME477 Lecture 06 41
Termoformado
Es un proceso que utiliza una plancha de material termoplástico
para darle forma de un producto deseado.
• El calor utilizado lo proporciona unos radiadores eléctricos,
colocados a unas 5” del material.
• Se usa para empaque de productos, tinas de baño, domos
grandes para tragaluces, revestimientos para refrigeradoras.
• Tres métodos : a(a) Termoformado al vacio, (b) termoformado a
presión y (c) termoformado mecánico

42. ME477 Lecture 06 42
Figura 13.35 - Termoformado al vacío:
(1)Se suaviza una plancha de plástico por calentamiento.

43. ME477 Lecture 06 43
Figura 13.35 - Termoformado al vacio:
(2) Se coloca sobre la cavidad de un molde cóncavo

44. ME477 Lecture 06 44
Figura 13.35 - Termoformado al vacio:
(3) El vacio atrae la lámina hacia la cavidad

45. ME477 Lecture 06 45
Figura 13.35 -
(4) El plástico en
contacto con el
molde se enfria y
luego se retira el
producto.

46. ME477 Lecture 06 46
Materiales para termoformado
• Solamente se pueden usar polímeros termoplásticos
• Polímeros mas utilizados:
• poliestireno, acetato de celulosa, acetato butirota de
celulosa, ABS, PVC,acrilico,(polimetil meta
acrilato),polietileno, y el polipropileno.

47. ME477 Lecture 06 47
Aplicaciones
• Artículos empacados en películas delgadas, empaques de
ampolla (blisters), empaques de película
• Ofrecen formas atractivas para exibir los productos como
cosméticos, herramientas pequeñas, artículos para baño
• También se puede utilizar para artículos grandes, como
cubiertas para máquinas de negocios, cascos de botes,casetas
para jardin, difusores para luz, tinas, algunos juguetes, etc.

48. ME477 Lecture 06 48
Fundición
En este proceso se vacia la resina fundida en un molde, usando la
fuerza de gravedad para llenar la cavidad y dejando que el
polímero endurezca, se puede usar termoplásticos o termofijos.
• Termoplasticos:
– Acrilicos, poliestireno, poliamidas (nylon) y PVC
– Termofijos: poliuretano, poliesteres insaturados, fenólicos y
epoxicos.

49. ME477 Lecture 06 49
Espumas de polímeros
Es una mezcla de polímero y gas, que da al material
una estructura celular porosa, también se les llama
polímero celular, polímero soplado y polímero
expandido.
• El polímero mas usado es el poliestireno y el
poliuretano.
• Otros polímeros usados: Cloruro de polivinilo (PVC),
hule natural

50. ME477 Lecture 06 50
Características de las espumas
• Baja densidad
• Alta resistencia por unidad de peso
• Buen aislamiento térmico
• Buena absorsión de energia

51. ME477 Lecture 06 51
Clasificación de las espumas
• Elastómeras - la matriz de esta espuma es hule, que tiene gran
deformación elástica.
• Flexibles - la matriz es un polímero altamente plastificado como
el PVC
• Rigido - puede ser un termoplástico como rígido como el
poliestireno o un plástico termofijo como un fenólico.

52. ME477 Lecture 06 52
Figura 8.1 - Sintesis del polietileno a partir de
monomeros de etileno:
(1) n monomeros de etileno, producen (2a)
una cadena de polietileno de longitud n; (2b)
notación simplificada.

53. ME477 Lecture 06 53
Figura 8.2 - Modelo de polimerizacion por
adición (cadena) : (1) inicio, (2) adición rápida
de monomeros y (3) molécula resultante del
polímero de cadena larga con n meros al final
de la reacción

54. ME477 Lecture 06 54
Figura 8.4 - Modelo de polimerización por
pasos mostrando los dos tipos de reacciones:
(a) un mero n unido a otro mónomero sencillo
para formar un mero (n+1); y (b) un mero-n1
combinado con un mero n2 para formar un
mero (n1+n2)

55. ME477 Lecture 06 55
Estructura Lineal caracteristica de los
termo plásticos
Figura 8.7 - Estructura lineal

56. ME477 Lecture 06 56
Estructura ramificada con cadenas
largas
Figure 8.7 - : (b) Estructura ramificada

57. ME477 Lecture 06 57
Encadenamiento transversal suelto
como en un elastómero
Figura 8.7 -c: encadenamiento transversal

58. ME477 Lecture 06 58
Encadenamiento transversal firme o
estructura de red
Figura 8.7 -Polímero termo fijo

59. ME477 Lecture 06 59
Figura 8.9 -Regiones cristalizadas en un
polímero: (a) moléculas largas formando
cristales mezclados al azar con el material
amorfo; y (b) laminilla de cadena plegada,
forma típica de una region cristalizada.

60. ME477 Lecture 06 60
Figura 8.11 - Comportamiento de los polimeros
en funcion de la temperatura

61. ME477 Lecture 06 61
Figura 8.12 - Modelo de moléculas elastómeras
con grado bajo de encadenamiento
transversal: (a) sin estirar, y (b) bajo un
esfuerzo de tensión

62. ME477 Lecture 06 62
Figura 8.13 - Incremento de la rigidez en funcion
de la deformaciónpara tres grados de hule:
natural , vulcanizado, y duro